電機(jī)車安全監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

任建 馮忠彬 趙偉

摘 要：在井下主要以電動(dòng)機(jī)車為主要煤炭運(yùn)輸工具，因各種原因超速運(yùn)行、違章運(yùn)行而造成的事故時(shí)有發(fā)生，如何防范機(jī)車的超速運(yùn)行，保證機(jī)車運(yùn)行安全成為煤炭安全生產(chǎn)亟待解決的一項(xiàng)重要課題。為提高電機(jī)車運(yùn)行安全管理水平，杜絕違章作業(yè)，同時(shí)對(duì)電機(jī)車運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行不間斷監(jiān)控，使煤礦機(jī)車的運(yùn)行管理科學(xué)化，設(shè)計(jì)了一種電機(jī)車安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案為礦用一般型，體積小，安裝方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，智能化程度高，是電機(jī)車管理的理想產(chǎn)品。礦井下環(huán)境比較惡劣，溫度、濕度等條件都比較差，本系統(tǒng)通過無線抄錄器從機(jī)車上獲取數(shù)據(jù)從而避免了使用有線受環(huán)境的影響，使生產(chǎn)安全得到了有效保障，確保了安全質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電機(jī)車；安全監(jiān)控；串行口通信；安全質(zhì)量管理

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.31.090

1 設(shè)計(jì)背景

在煤礦的現(xiàn)代化生產(chǎn)中，軌道礦車是煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?。同時(shí)礦車也是井下人員的交通工具。礦車在煤礦生產(chǎn)中有著舉足輕重的作用，占據(jù)著特殊的地位。

煤礦的開采生產(chǎn)追求效率和效益，這就要求加快礦車的運(yùn)輸速度。但井下地理環(huán)境復(fù)雜，軌道質(zhì)量不高，礦車速度過快容易引起安全事故。如何兼顧安全生產(chǎn)和生產(chǎn)效率，給我們提出了一個(gè)課題。為保證礦山電機(jī)車的安全行駛，目前有用于監(jiān)測(cè)和顯示礦山架線電機(jī)車的智能超速報(bào)警記錄儀，可顯示行車瞬時(shí)速度，累計(jì)單班里程和總里程，具有超速聲光報(bào)警，速度記憶等功能。該裝置已經(jīng)成功用于實(shí)際生產(chǎn)中有效地控制、檢測(cè)了機(jī)車的運(yùn)行速度和司機(jī)違章超速行駛。提高了礦用電機(jī)車運(yùn)行管理的自動(dòng)化，提高了礦井運(yùn)輸?shù)陌踩a(chǎn)水平。

本方案是設(shè)計(jì)一種實(shí)時(shí)顯示礦車運(yùn)行速度并實(shí)時(shí)反饋給管理人員，對(duì)礦車安全運(yùn)行管理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。不僅可以使機(jī)車運(yùn)行司機(jī)對(duì)機(jī)車速度有定量了解，及時(shí)調(diào)整速度，而且可以使管理人員實(shí)時(shí)了解井下礦車的運(yùn)行情況，為安全生產(chǎn)管理做出正確的決策。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案

本方案系統(tǒng)總體分三部分：速度監(jiān)控裝置、無線數(shù)據(jù)讀寫裝置、管理機(jī)裝置。

該套機(jī)車速度監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)共分三部分，其中與無線數(shù)據(jù)讀寫裝置之間采用無線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，無線數(shù)據(jù)讀寫裝置與管理機(jī)之間通過USB串行口方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

車載速度監(jiān)控裝置主要實(shí)現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行速度的檢測(cè)功能，并可以通過車載顯示器以比較直觀的方式實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)該裝置可以對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)與設(shè)置的速度上限進(jìn)行比較，若發(fā)生超限速度即超速行駛將通過聲光方式進(jìn)行報(bào)警，提醒機(jī)車駕駛員。而且機(jī)車的運(yùn)行數(shù)據(jù)與日期等信息可以存儲(chǔ)在該裝置的自帶存儲(chǔ)器中，用于下一步的傳輸與進(jìn)一步的處理。此外，該裝置還能實(shí)現(xiàn)機(jī)車的啟動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車駕駛的規(guī)范化，最大程度上滿足安全要求。

無線數(shù)據(jù)讀寫裝置主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集功能，因?yàn)榫颅h(huán)境復(fù)雜，且潮濕、粉塵較多，若使用傳統(tǒng)線纜進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸降大大降低設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性與數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟婚g斷性，而采用無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸將克服這些局限。此外，井下工作區(qū)域與主控機(jī)房距離一般較遠(yuǎn)，若二者直接進(jìn)行無線通信一是對(duì)無線傳輸?shù)墓β室筝^高，成本較大，二是對(duì)數(shù)據(jù)的抗干擾性有較高的要求，實(shí)現(xiàn)難度較大，所以，有必要在車載速度檢測(cè)裝置與管理機(jī)之間使用無線數(shù)據(jù)讀寫裝置這樣一種中介，從而既滿足了無線傳輸?shù)目煽啃?，又滿足了數(shù)據(jù)處理的及時(shí)性。

管理機(jī)位于控制機(jī)房，主要用于將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并存入機(jī)車運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，從而對(duì)機(jī)車運(yùn)行進(jìn)行科學(xué)化管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，在保證生產(chǎn)安全的前提下實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的最大提高。

各部分之間的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

3 速度監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)方案

該監(jiān)控儀的硬件結(jié)由主控CPU、傳感器、穩(wěn)壓電路、液晶顯示器、“看門狗”、語(yǔ)音報(bào)警、鍵盤、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘芯片、繼電器電路等幾部分模塊組成。

硬件部分的任務(wù)是監(jiān)測(cè)機(jī)車運(yùn)行的速度，實(shí)時(shí)出傳遞給無線讀寫裝置，再傳遞給管理機(jī)顯示。對(duì)機(jī)車運(yùn)行速度的監(jiān)測(cè)，要同時(shí)兼顧數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和儀器環(huán)境適應(yīng)性。

CPU模塊采用ATMEL公司的AT89C52單片機(jī)。在眾多的單片機(jī)系列中，AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K可編程Flash存儲(chǔ)器。使用非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，完全兼容80C51產(chǎn)品指令和引腳。其中Flash存儲(chǔ)器可編程。單芯片上載有8位CPU和可編程Flash，可靈活、高效組建嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)解決方案。

速度傳感器模塊采用霍爾傳感器?；魻杺鞲衅骰诨魻栃?yīng)設(shè)計(jì)的一種元件，可基于磁場(chǎng)、電壓、電流三種物理常量實(shí)現(xiàn)精確的非接觸測(cè)量，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面.霍爾傳感器體積較小，安裝位置靈活，可廣泛用于各種測(cè)量環(huán)境。

這部分電路由高靈敏度霍爾開關(guān)元件、永久磁鐵（磁鋼）、電平轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路組成，其功能主要是將車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的情況轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，并進(jìn)行整形送單片機(jī)電路。高磁性永久磁鐵固定在礦機(jī)車的車軸上，霍爾開關(guān)元件固定在車身上。當(dāng)?shù)V機(jī)車開動(dòng)時(shí)車軸轉(zhuǎn)動(dòng)，每當(dāng)霍爾開關(guān)元件與永久磁鐵由遠(yuǎn)離到靠近，電路產(chǎn)生一個(gè)電平脈沖變化；經(jīng)過整形、光電隔離，送到單片機(jī)AT89C52的T0。

4 無線數(shù)據(jù)讀寫裝置設(shè)計(jì)方案

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用X24256，X24256芯片基于EEPROM集成電路，采用IIC接口技術(shù)，可對(duì)其內(nèi)部存儲(chǔ)器進(jìn)行方便的數(shù)據(jù)讀取寫入。該芯片的實(shí)際基于CMOS工藝 ，功耗低 ，適應(yīng)寬幅電壓。此外可實(shí)現(xiàn)四片級(jí)連，且不消耗CPU資源。該存儲(chǔ)器為32kBEEPROM，存儲(chǔ)容量大；該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)后，可保存數(shù)據(jù)至少100年，同時(shí)有一個(gè)寫保護(hù)引腳WP大大提高了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性。

液晶顯示模塊采用了OCMJ4×8C模塊，采用串行傳輸模式，大大節(jié)省了硬件資源，省下大量的I/O口。為128×64位，可以顯示4行8列漢字，顯示信息量大。方便了人機(jī)交互，比傳統(tǒng)的LED顯示器更加人性化。

無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用NRF905，省去了插拔IC卡的麻煩，也提高了設(shè)備穩(wěn)定可靠性，同時(shí)還支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸，在空曠地帶NRF905的信號(hào)傳輸范圍能高達(dá)800～1000m，井下傳輸距離大約100米左右。

5 管理機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

為了滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求，管理機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能是將手持抄錄器、界面、數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)系起來。系統(tǒng)向手持抄錄器發(fā)送控制命令并從手持抄錄器取得數(shù)據(jù)顯示到界面上。數(shù)據(jù)可以保存到數(shù)據(jù)庫(kù)里，在需要時(shí)重新讀入系統(tǒng)，顯示到界面上。

數(shù)據(jù)庫(kù)采用Access數(shù)據(jù)庫(kù)，易于上手，與日常辦公用軟件結(jié)合緊密，可以實(shí)現(xiàn)無縫過渡。

管理系統(tǒng)采用分權(quán)限設(shè)計(jì)，即對(duì)不同的操作者分配不同的權(quán)限，從而在保障數(shù)據(jù)安全、管理有序的前提下實(shí)現(xiàn)資源的充分利用。

系統(tǒng)運(yùn)行后第一個(gè)需要的是登錄功能。設(shè)置不同的權(quán)限角色。管理員具備最高權(quán)限，包括可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，可以查詢、刪除日志。普通用戶可以進(jìn)行其他操作，包括查看超速記錄，并可以進(jìn)行打印。

登錄管理保證了只有有密碼的管理人員才可以進(jìn)入，當(dāng)管理人員輸入正確的密碼后可以登錄系統(tǒng)，其權(quán)限可查看數(shù)據(jù)記錄、系統(tǒng)設(shè)置管理，可對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，具有日志查詢權(quán)限，可篩選查看速度記錄，數(shù)據(jù)可導(dǎo)出并打印。

查看是對(duì)于任何人都可以進(jìn)入，不需要密碼。當(dāng)?shù)卿浐罂梢圆榭磾?shù)據(jù)記錄，可以進(jìn)行打印，不可以進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置更改，不可以進(jìn)行數(shù)據(jù)刪除。

6 結(jié)論

本設(shè)計(jì)方案能夠滿足電動(dòng)機(jī)車安全監(jiān)控的要求，可以通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過串行口將數(shù)據(jù)傳入上位機(jī)。而且人性化的界面也易于工作人員的設(shè)置操作。

參考文獻(xiàn)

[1]王浩鳴.常用無線數(shù)據(jù)通訊技術(shù)比較[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2002， （9）：35-42.

[2]王化祥，張淑英.傳感器原理及應(yīng)用[M].天津：天津大學(xué)出版社，1999.

[3]逸之，陳立元.Visual Basic與RS-232串行通信控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[4]湯勃，徐立偉，饒潤(rùn)生.基于VB的PC機(jī)與單片機(jī)串行通信程序設(shè)計(jì)[M].武漢：武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002.